JP3332283B2 - 多軸加速度センサ - Google Patents
多軸加速度センサInfo
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- JP3332283B2 JP3332283B2 JP05412194A JP5412194A JP3332283B2 JP 3332283 B2 JP3332283 B2 JP 3332283B2 JP 05412194 A JP05412194 A JP 05412194A JP 5412194 A JP5412194 A JP 5412194A JP 3332283 B2 JP3332283 B2 JP 3332283B2
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- semiconductor substrate
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/006—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of fluid seismic masses
- G01P15/008—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of fluid seismic masses by using thermal pick-up
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は多軸方向に作用する加
速度を検出する多軸加速度センサに関する。
速度を検出する多軸加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の多軸加速度センサにおいて、白金
やタングステン等の細い線材で形成した発熱抵抗体およ
び感温抵抗体をケースに設けた支持体に固定し、ケース
内にガスを封入して密閉した構造のものは知られてい
る。
やタングステン等の細い線材で形成した発熱抵抗体およ
び感温抵抗体をケースに設けた支持体に固定し、ケース
内にガスを封入して密閉した構造のものは知られてい
る。
【０００３】このような従来の多軸加速度センサは、発
熱抵抗体をケース内空間の中央に配置し、発熱抵抗体を
中心として互いに直交する多軸（例えば、Ｘ、Ｙおよび
Ｚ）方向にそれぞれ一対の感温抵抗体を配置し、加速度
の作用による発熱抵抗体が発生する熱の温度分布の変化
をそれぞれ一対の感温抵抗体に発生する抵抗値の変化と
して検出するよう構成され、抵抗値の変化から対応する
加速度の大きさ、抵抗値の変化を検出する一対の感温抵
抗体の配置から加速度の作用方向を検出することができ
る。
熱抵抗体をケース内空間の中央に配置し、発熱抵抗体を
中心として互いに直交する多軸（例えば、Ｘ、Ｙおよび
Ｚ）方向にそれぞれ一対の感温抵抗体を配置し、加速度
の作用による発熱抵抗体が発生する熱の温度分布の変化
をそれぞれ一対の感温抵抗体に発生する抵抗値の変化と
して検出するよう構成され、抵抗値の変化から対応する
加速度の大きさ、抵抗値の変化を検出する一対の感温抵
抗体の配置から加速度の作用方向を検出することができ
る。
【０００４】また、特開昭６３−１１８６６７号公報
「三次元加速度センサ」に開示されているように、半導
体基板に質量部と、質量部を支える梁部を設け、梁部に
抵抗部を形成し、加速度の作用により梁部がたわみ、梁
部のたわみに対応して抵抗部の抵抗値が変化するよう構
成された一次元加速度センサを立方体ブロックの互いに
直交する３面（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に取付け、三次元加速度セ
ンサを構成したものは知られている。
「三次元加速度センサ」に開示されているように、半導
体基板に質量部と、質量部を支える梁部を設け、梁部に
抵抗部を形成し、加速度の作用により梁部がたわみ、梁
部のたわみに対応して抵抗部の抵抗値が変化するよう構
成された一次元加速度センサを立方体ブロックの互いに
直交する３面（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に取付け、三次元加速度セ
ンサを構成したものは知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の多軸加速度セン
サは、発熱抵抗体および複数対の感温抵抗体をケースの
支持体に取付け、複数対の感温抵抗体の多軸（例えば、
Ｘ、Ｙ、Ｚ）方向の軸合せ、および発熱抵抗体からそれ
ぞれ一対の感温抵抗体までの距離調整等、感温抵抗体の
配置や感度調整に時間を要する課題がある。
サは、発熱抵抗体および複数対の感温抵抗体をケースの
支持体に取付け、複数対の感温抵抗体の多軸（例えば、
Ｘ、Ｙ、Ｚ）方向の軸合せ、および発熱抵抗体からそれ
ぞれ一対の感温抵抗体までの距離調整等、感温抵抗体の
配置や感度調整に時間を要する課題がある。
【０００６】また、発熱抵抗体および感温抵抗体のばら
つきによるセンサ間の感度ばらつきがあるため、製造に
際しては発熱抵抗体および感温抵抗体の選別、センサ個
別の調整が不可欠となる課題がある。
つきによるセンサ間の感度ばらつきがあるため、製造に
際しては発熱抵抗体および感温抵抗体の選別、センサ個
別の調整が不可欠となる課題がある。
【０００７】また、特開昭６３−１１８６６７号公報に
開示された三次元加速度センサは、半導体基板に構成さ
れた一次元加速度センサ３個を立方体ブロックに取付け
る構成のため、互いに直交する３軸への軸合せに時間を
要する課題がある。
開示された三次元加速度センサは、半導体基板に構成さ
れた一次元加速度センサ３個を立方体ブロックに取付け
る構成のため、互いに直交する３軸への軸合せに時間を
要する課題がある。
【０００８】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は組立てが容易で、感度偏差
（ばらつき）の少なく量産に適した信頼性の高い多軸加
速度センサを提供することにある。
なされたもので、その目的は組立てが容易で、感度偏差
（ばらつき）の少なく量産に適した信頼性の高い多軸加
速度センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る多軸加速度センサは、加速度の作用に対
応して密閉空間内に封入された気体の温度分布の変化を
それぞれ一対の感温抵抗体が検出するように構成された
半導体プロセスにより製造される多軸加速度センサにお
いて、一方の面が開口した空間部を有する第１半導体基
板と、両方の面が開口した空間部およびその中央に配置
された第１感温抵抗体を有する第２半導体基板と、両方
の面が開口した空間部およびその中央に配置された発熱
抵抗体とこれに対向しかつ互いに直交して配置されたそ
れぞれ一対の第２、第３感温抵抗体とを有する第３半導
体基板と、一方の面が開口した空間部およびその中央に
配置され第１感温抵抗体と対を成す第４感温抵抗体とを
有する第４半導体基板とがあって、これら第１から第４
の半導体基板は互いに積層方向に貼り合わせられるもの
であって、各空間部の開口面は貼り合わせによって隣り
合う半導体基板の各空間部の開口面と一致するように構
成されていることを特徴とする。
この発明に係る多軸加速度センサは、加速度の作用に対
応して密閉空間内に封入された気体の温度分布の変化を
それぞれ一対の感温抵抗体が検出するように構成された
半導体プロセスにより製造される多軸加速度センサにお
いて、一方の面が開口した空間部を有する第１半導体基
板と、両方の面が開口した空間部およびその中央に配置
された第１感温抵抗体を有する第２半導体基板と、両方
の面が開口した空間部およびその中央に配置された発熱
抵抗体とこれに対向しかつ互いに直交して配置されたそ
れぞれ一対の第２、第３感温抵抗体とを有する第３半導
体基板と、一方の面が開口した空間部およびその中央に
配置され第１感温抵抗体と対を成す第４感温抵抗体とを
有する第４半導体基板とがあって、これら第１から第４
の半導体基板は互いに積層方向に貼り合わせられるもの
であって、各空間部の開口面は貼り合わせによって隣り
合う半導体基板の各空間部の開口面と一致するように構
成されていることを特徴とする。
【００１０】また、この発明に係る多軸加速度センサ
は、複数の半導体基板の上部表面には、貼り合わせによ
って隣り合う半導体基板のための位置決め用凹部が設け
られていることを特徴とする。
は、複数の半導体基板の上部表面には、貼り合わせによ
って隣り合う半導体基板のための位置決め用凹部が設け
られていることを特徴とする。
【００１１】
【作用】この発明に係る多軸加速度センサは、密閉空間
を形成するケース、発熱抵抗体および多軸方向に配置さ
れたそれぞれ一対の感温抵抗体を独立した複数の半導体
基板上に半導体製造プロセスを用いて形成し、複数の半
導体基板のそれぞれを一方向に貼り合わせてセンサを構
成するので、複数の感温抵抗体を互いに直交する多軸へ
容易に軸合せすることができるとともに、特性の揃った
感温抵抗体を形成することができる。
を形成するケース、発熱抵抗体および多軸方向に配置さ
れたそれぞれ一対の感温抵抗体を独立した複数の半導体
基板上に半導体製造プロセスを用いて形成し、複数の半
導体基板のそれぞれを一方向に貼り合わせてセンサを構
成するので、複数の感温抵抗体を互いに直交する多軸へ
容易に軸合せすることができるとともに、特性の揃った
感温抵抗体を形成することができる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１はこの発明に係る多軸加速度センサの
要部構成図である。図１において、多軸加速度センサ１
は３軸加速度センサの実施例であり、４種の半導体基板
２〜半導体基板５で構成する。
て説明する。図１はこの発明に係る多軸加速度センサの
要部構成図である。図１において、多軸加速度センサ１
は３軸加速度センサの実施例であり、４種の半導体基板
２〜半導体基板５で構成する。
【００１３】 半導体基板２〜半導体基板５には、シリコ
ンウェハにエッチング処理や蒸着等の半導体製造プロセ
スを用いて空間部や、発熱抵抗体および感温抵抗体等を
形成する。また、半導体基板２〜半導体基板５に形成す
る空間部、発熱抵抗体、感温抵抗体および外部接続用パ
ッドの寸法および配置は製造マスクにより微細に設定可
能なので、高精度に実現できる。
ンウェハにエッチング処理や蒸着等の半導体製造プロセ
スを用いて空間部や、発熱抵抗体および感温抵抗体等を
形成する。また、半導体基板２〜半導体基板５に形成す
る空間部、発熱抵抗体、感温抵抗体および外部接続用パ
ッドの寸法および配置は製造マスクにより微細に設定可
能なので、高精度に実現できる。
【００１４】 半導体基板２には、多軸加速度センサ１の
ケースのキャップを構成し、エッチング処理で微細加工
した空間部２Ａを形成する。
ケースのキャップを構成し、エッチング処理で微細加工
した空間部２Ａを形成する。
【００１５】 半導体基板３には、Ｚ軸上方向の感温抵抗
体Ｚ１、感温抵抗体Ｚ１を外部に接続するための外部接
続用パッドａおよびｂ、Ｚ方向に貫通した空間部３Ａを
形成する。感温抵抗体Ｚ１は、例えば基板上部の表面上
にエッチング処理で形成した図示しないブリッジ上に白
金やタングステン等の金属を蒸着あるいは結晶成長によ
り形成した導体部を製造マスクに設定した微細パターン
図に基づいてエッチング処理して構成する。感温抵抗体
Ｚ１は基板上部の表面上の中央に配置されるよう対角線
上、またはＸ方向、Ｙ方向に形成する。
体Ｚ１、感温抵抗体Ｚ１を外部に接続するための外部接
続用パッドａおよびｂ、Ｚ方向に貫通した空間部３Ａを
形成する。感温抵抗体Ｚ１は、例えば基板上部の表面上
にエッチング処理で形成した図示しないブリッジ上に白
金やタングステン等の金属を蒸着あるいは結晶成長によ
り形成した導体部を製造マスクに設定した微細パターン
図に基づいてエッチング処理して構成する。感温抵抗体
Ｚ１は基板上部の表面上の中央に配置されるよう対角線
上、またはＸ方向、Ｙ方向に形成する。
【００１６】 外部接続用パッドａ、ｂ、および感温抵抗
体Ｚ１と外部接続用パッドａ，ｂを電気的に接続するリ
ードパターンも感温抵抗体Ｚ１と同様に白金やタングス
テン等の金属を蒸着あるいは結晶成長により形成する。
なお、半導体基板３は、半導体基板２を張り合わせた場
合に外部接続用パッドａ、ｂが基板表面に配置されるよ
う大きく構成するとともに、空間部３Ａの上面が半導体
基板２の空間部２Ａの面に一致するよう構成する。
体Ｚ１と外部接続用パッドａ，ｂを電気的に接続するリ
ードパターンも感温抵抗体Ｚ１と同様に白金やタングス
テン等の金属を蒸着あるいは結晶成長により形成する。
なお、半導体基板３は、半導体基板２を張り合わせた場
合に外部接続用パッドａ、ｂが基板表面に配置されるよ
う大きく構成するとともに、空間部３Ａの上面が半導体
基板２の空間部２Ａの面に一致するよう構成する。
【００１７】 半導体基板４には、発熱抵抗体Ｈ、発熱抵
抗体Ｈに対向してＸ軸方向およびＹ軸方向に配置された
それぞれ一対の感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２および感温抵抗体
Ｙ１、Ｙ２、発熱抵抗体Ｈと感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ
１、およびＹ２を外部に接続するための外部接続用パッ
ドｃ〜ｌ、およびＺ方向に貫通した空間部４Ａを形成す
る。発熱抵抗体Ｈは、半導体基板４の上面空間部４Ａの
中央に配置されるよう構成する。
抗体Ｈに対向してＸ軸方向およびＹ軸方向に配置された
それぞれ一対の感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２および感温抵抗体
Ｙ１、Ｙ２、発熱抵抗体Ｈと感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ
１、およびＹ２を外部に接続するための外部接続用パッ
ドｃ〜ｌ、およびＺ方向に貫通した空間部４Ａを形成す
る。発熱抵抗体Ｈは、半導体基板４の上面空間部４Ａの
中央に配置されるよう構成する。
【００１８】 発熱抵抗体Ｈ、一対の感温抵抗体Ｘ１、Ｘ
２および感温抵抗体Ｙ１、Ｙ２は半導体基板３の感温抵
抗体Ｚ１と同様にエッチング処理で形成した図示しない
ブリッジ上に白金やタングステン等の金属を蒸着等で形
成し、エッチング処理して構成する。なお、発熱抵抗体
Ｈと感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２は、発熱抵抗体
Ｈの抵抗値を感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２よりも
充分小さく設定した点が異なる。
２および感温抵抗体Ｙ１、Ｙ２は半導体基板３の感温抵
抗体Ｚ１と同様にエッチング処理で形成した図示しない
ブリッジ上に白金やタングステン等の金属を蒸着等で形
成し、エッチング処理して構成する。なお、発熱抵抗体
Ｈと感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２は、発熱抵抗体
Ｈの抵抗値を感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２よりも
充分小さく設定した点が異なる。
【００１９】 外部接続用パッドｃ〜ｌ、および発熱抵抗
体Ｈ、感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と外部接続用
パッドｃ〜ｌを電気的に接続するリードパターンも白金
やタングステン等の金属を蒸着等で形成し、エッチング
処理して構成する。また、空間部４Ａは、空間部３Ａと
同様に、同一寸法でＺ方向に貫通させて構成する。
体Ｈ、感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と外部接続用
パッドｃ〜ｌを電気的に接続するリードパターンも白金
やタングステン等の金属を蒸着等で形成し、エッチング
処理して構成する。また、空間部４Ａは、空間部３Ａと
同様に、同一寸法でＺ方向に貫通させて構成する。
【００２０】 なお、半導体基板４は、半導体基板３を張
り合わせた場合に外部接続用パッドｃ〜ｌが基板表面に
配置されるよう大きく構成するとともに、空間部４Ａの
上面が半導体基板３の空間部３Ａの面に一致するよう構
成する。
り合わせた場合に外部接続用パッドｃ〜ｌが基板表面に
配置されるよう大きく構成するとともに、空間部４Ａの
上面が半導体基板３の空間部３Ａの面に一致するよう構
成する。
【００２１】 半導体基板５には、Ｚ軸下方向の感温抵抗
体Ｚ２、感温抵抗体Ｚ２を外部に接続するための外部接
続用パッドｍおよびｎ、Ｚ軸下方向に多軸加速度センサ
１のケースの底部を構成する空間部５Ａを形成する。感
温抵抗体Ｚ２は、半導体基板４の発熱抵抗体Ｈに対向し
て半導体基板３の感温抵抗体Ｚ１と対をなすよう構成す
る。
体Ｚ２、感温抵抗体Ｚ２を外部に接続するための外部接
続用パッドｍおよびｎ、Ｚ軸下方向に多軸加速度センサ
１のケースの底部を構成する空間部５Ａを形成する。感
温抵抗体Ｚ２は、半導体基板４の発熱抵抗体Ｈに対向し
て半導体基板３の感温抵抗体Ｚ１と対をなすよう構成す
る。
【００２２】 感温抵抗体Ｚ２は半導体基板２の感温抵抗
体Ｚ１と同様に形成し、半導体基板５は半導体基板４を
張り合わせた場合に外部接続用パッドｍ、ｎが基板表面
に配置されるよう大きく構成するとともに、空間部５Ａ
の上面は半導体基板４の空間部４Ａの面に一致するよう
構成する。
体Ｚ１と同様に形成し、半導体基板５は半導体基板４を
張り合わせた場合に外部接続用パッドｍ、ｎが基板表面
に配置されるよう大きく構成するとともに、空間部５Ａ
の上面は半導体基板４の空間部４Ａの面に一致するよう
構成する。
【００２３】 半導体基板２〜半導体基板５を構成した
後、半導体基板３、４および５をＺ軸方向に重ねて空間
部３Ａ〜５Ａが一致するよう貼り合せ、空間部に窒素ま
たはアルゴン等の熱伝導性の比較的低い、加圧した気体
を封入して半導体基板２を貼り合わせ、ピラミッド形の
多軸加速度センサ１を構成する。なお、半導体基板２〜
半導体基板５の貼り合せに際し、半導体基板３〜５の上
部表面に位置決めのための凹部を設けるよう構成しても
よい。
後、半導体基板３、４および５をＺ軸方向に重ねて空間
部３Ａ〜５Ａが一致するよう貼り合せ、空間部に窒素ま
たはアルゴン等の熱伝導性の比較的低い、加圧した気体
を封入して半導体基板２を貼り合わせ、ピラミッド形の
多軸加速度センサ１を構成する。なお、半導体基板２〜
半導体基板５の貼り合せに際し、半導体基板３〜５の上
部表面に位置決めのための凹部を設けるよう構成しても
よい。
【００２４】 なお、実施例は３軸（ＸＹＺ軸）の多軸加
速度センサについて説明したが、半導体基板３および半
導体基板５を削除し、半導体基板４の空間部４Ａに半導
体基板５の空間部５Ａのような底部を設けることによ
り、２軸（ＸＹ軸）の多軸加速度センサを構成すること
ができる。
速度センサについて説明したが、半導体基板３および半
導体基板５を削除し、半導体基板４の空間部４Ａに半導
体基板５の空間部５Ａのような底部を設けることによ
り、２軸（ＸＹ軸）の多軸加速度センサを構成すること
ができる。
【００２５】 このように構成された多軸加速度センサ１
は、半導体製造プロセスを用いて発熱抵抗体Ｈ、感温抵
抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２の配置が
精度よく実現できるので、軸合せを正確に行うことがで
きる。また、同一半導体基板または同一製造ロットの半
導体基板上に感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１
およびＺ２を形成するので、Ｘ１とＸ２、Ｙ１とＹ２、
およびＺ１とＺ２のペア性（比抵抗、温度係数）が良好
な多軸加速度センサ１が構成できる。さらに、多軸加速
度センサ１は、半導体製造プロセスの微細加工技術で形
成されるので、センサに必要な最小寸法で構成すること
ができ、小型化を図ることができる。
は、半導体製造プロセスを用いて発熱抵抗体Ｈ、感温抵
抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２の配置が
精度よく実現できるので、軸合せを正確に行うことがで
きる。また、同一半導体基板または同一製造ロットの半
導体基板上に感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１
およびＺ２を形成するので、Ｘ１とＸ２、Ｙ１とＹ２、
およびＺ１とＺ２のペア性（比抵抗、温度係数）が良好
な多軸加速度センサ１が構成できる。さらに、多軸加速
度センサ１は、半導体製造プロセスの微細加工技術で形
成されるので、センサに必要な最小寸法で構成すること
ができ、小型化を図ることができる。
【００２６】 図２にこの発明に係る多軸加速度センサの
外観図を示す。図２において、多軸加速度センサ１は、
図１で説明した半導体基板２〜半導体基板５で構成し、
半導体基板２〜半導体基板５をＺ軸方向に積み重ね、貼
り合わせることによりピラミッド形のセンサを構成す
る。
外観図を示す。図２において、多軸加速度センサ１は、
図１で説明した半導体基板２〜半導体基板５で構成し、
半導体基板２〜半導体基板５をＺ軸方向に積み重ね、貼
り合わせることによりピラミッド形のセンサを構成す
る。
【００２７】 密閉された空間部６には、発熱抵抗体Ｈ、
３軸（ＸＹＺ）方向の加速度を検出する感温抵抗体Ｘ
１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２が配置されてお
り、窒素またはアルゴン等の熱伝導性の比較的低い、加
圧した気体７が封入されている。
３軸（ＸＹＺ）方向の加速度を検出する感温抵抗体Ｘ
１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２が配置されてお
り、窒素またはアルゴン等の熱伝導性の比較的低い、加
圧した気体７が封入されている。
【００２８】 また、多軸加速度センサ１の表面には、発
熱抵抗体Ｈ、および感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ
２、Ｚ１、Ｚ２の外部接続用パッド（ボンデングパッ
ド）ａ〜ｎが配置され、図示しない外部の加速度検出回
路等に接続される。
熱抵抗体Ｈ、および感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ
２、Ｚ１、Ｚ２の外部接続用パッド（ボンデングパッ
ド）ａ〜ｎが配置され、図示しない外部の加速度検出回
路等に接続される。
【００２９】 次に、この発明に係る多軸加速度センサ１
の加速度検出について説明する。図３はこの発明に係る
多軸加速度センサの動作説明図である。図３において、
図１および図２に示す多軸加速度センサ１の密閉空間６
内には、Ｚ軸の中央のＸ−Ｙ平面の中心に発熱抵抗体Ｈ
が配置され、発熱抵抗体Ｈ（抵抗Ｒ）を対称としてＸ軸
およびＹ軸にそれぞれ対向する一対の感熱抵抗体Ｘ１
（抵抗Ｒ１）およびＸ２（抵抗Ｒ２）、および感熱抵抗
体Ｙ１（抵抗Ｒ３）およびＹ２（抵抗Ｒ４）が配置され
る。一方、発熱抵抗体Ｈ（抵抗Ｒ）を対称としてＺ軸に
も対向した一対の感熱抵抗体Ｚ１（抵抗Ｒ５）およびＺ
２（抵抗Ｒ６）が配置される。
の加速度検出について説明する。図３はこの発明に係る
多軸加速度センサの動作説明図である。図３において、
図１および図２に示す多軸加速度センサ１の密閉空間６
内には、Ｚ軸の中央のＸ−Ｙ平面の中心に発熱抵抗体Ｈ
が配置され、発熱抵抗体Ｈ（抵抗Ｒ）を対称としてＸ軸
およびＹ軸にそれぞれ対向する一対の感熱抵抗体Ｘ１
（抵抗Ｒ１）およびＸ２（抵抗Ｒ２）、および感熱抵抗
体Ｙ１（抵抗Ｒ３）およびＹ２（抵抗Ｒ４）が配置され
る。一方、発熱抵抗体Ｈ（抵抗Ｒ）を対称としてＺ軸に
も対向した一対の感熱抵抗体Ｚ１（抵抗Ｒ５）およびＺ
２（抵抗Ｒ６）が配置される。
【００３０】 また、密閉空間６内には、窒素ガスまたは
アルゴンガス等の熱伝導性の比較的低い、加圧した気体
７が封入されており、発熱抵抗体Ｈを外部電源（例え
ば、電圧源ＶO、または電流源ＩO）で駆動することによ
り、発熱抵抗体Ｈから電力（ＶO 2／Ｒ、またはＩO 2＊
Ｒ）に対応したジュール熱を発生する。密閉空間６内の
気体７がジュール熱で温められ、発熱抵抗体Ｈからの距
離に反比例した温度勾配の大きい温度分布が形成され
る。
アルゴンガス等の熱伝導性の比較的低い、加圧した気体
７が封入されており、発熱抵抗体Ｈを外部電源（例え
ば、電圧源ＶO、または電流源ＩO）で駆動することによ
り、発熱抵抗体Ｈから電力（ＶO 2／Ｒ、またはＩO 2＊
Ｒ）に対応したジュール熱を発生する。密閉空間６内の
気体７がジュール熱で温められ、発熱抵抗体Ｈからの距
離に反比例した温度勾配の大きい温度分布が形成され
る。
【００３１】 感温抵抗体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ
１、Ｚ２はそれぞれ発熱抵抗体ＨからそれぞれＸ軸、Ｙ
軸およびＺ軸方向に等間隔で配置されているため、多軸
加速度センサ１に加速度（Ｇ）が作用しない状態には、
等しい温度環境にあり温度バランスが取れて、抵抗Ｒ１
〜Ｒ６はそれぞれＲ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４、Ｒ５＝Ｒ６
の状態にある。
１、Ｚ２はそれぞれ発熱抵抗体ＨからそれぞれＸ軸、Ｙ
軸およびＺ軸方向に等間隔で配置されているため、多軸
加速度センサ１に加速度（Ｇ）が作用しない状態には、
等しい温度環境にあり温度バランスが取れて、抵抗Ｒ１
〜Ｒ６はそれぞれＲ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４、Ｒ５＝Ｒ６
の状態にある。
【００３２】 温度バランス状態から、例えば図３のよう
に、Ｘ軸（−Ｘ）方向に加速度（Ｇ）が作用すると、密
閉空間６内の温度分布は加速度（Ｇ）作用方向と反対方
向に移動し、感温抵抗体Ｘ１と感温抵抗体Ｘ２の温度バ
ランスが崩れ、感温抵抗体Ｘ１の温度が上昇し、感温抵
抗体Ｘ２の温度が下降する。
に、Ｘ軸（−Ｘ）方向に加速度（Ｇ）が作用すると、密
閉空間６内の温度分布は加速度（Ｇ）作用方向と反対方
向に移動し、感温抵抗体Ｘ１と感温抵抗体Ｘ２の温度バ
ランスが崩れ、感温抵抗体Ｘ１の温度が上昇し、感温抵
抗体Ｘ２の温度が下降する。
【００３３】 発熱抵抗体Ｘ１の温度が上昇すると抵抗Ｒ
１が増加し、一方、発熱抵抗体Ｘ２の温度が下降して抵
抗Ｒ２が減少するため、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の偏差（Ｒ
１−Ｒ２）に対応した値で加速度（Ｇ）を検出するよう
構成すると、抵抗偏差（Ｒ１−Ｒ２）は正の値（Ｒ１−
Ｒ２＞０）となり、抵抗偏差に対応した値から加速度
（Ｇ）の大きさが検出でき、抵抗偏差の符号（±）から
加速度（Ｇ）の作用方向が検出できる。一方、加速度
（Ｇ）が図３と反対方向に作用すると、抵抗偏差（Ｒ１
−Ｒ２）は負の値（Ｒ１−Ｒ２＜０）となり、同様にし
て抵抗偏差に対応した値から加速度（Ｇ）の大きさ、抵
抗偏差の符号から加速度（Ｇ）の作用方向がそれぞれ検
出できる。
１が増加し、一方、発熱抵抗体Ｘ２の温度が下降して抵
抗Ｒ２が減少するため、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の偏差（Ｒ
１−Ｒ２）に対応した値で加速度（Ｇ）を検出するよう
構成すると、抵抗偏差（Ｒ１−Ｒ２）は正の値（Ｒ１−
Ｒ２＞０）となり、抵抗偏差に対応した値から加速度
（Ｇ）の大きさが検出でき、抵抗偏差の符号（±）から
加速度（Ｇ）の作用方向が検出できる。一方、加速度
（Ｇ）が図３と反対方向に作用すると、抵抗偏差（Ｒ１
−Ｒ２）は負の値（Ｒ１−Ｒ２＜０）となり、同様にし
て抵抗偏差に対応した値から加速度（Ｇ）の大きさ、抵
抗偏差の符号から加速度（Ｇ）の作用方向がそれぞれ検
出できる。
【００３４】 また、Ｘ軸方向に加速度（Ｇ）が作用する
場合には、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の感温抵抗体Ｙ１、
Ｙ２および感温抵抗体Ｚ１、Ｚ２は温度バランスが保た
れて抵抗偏差、例えば（Ｒ３−Ｒ４）および（Ｒ５−Ｒ
６）は共に０となり、加速度（Ｇ）の影響は受けない。
場合には、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の感温抵抗体Ｙ１、
Ｙ２および感温抵抗体Ｚ１、Ｚ２は温度バランスが保た
れて抵抗偏差、例えば（Ｒ３−Ｒ４）および（Ｒ５−Ｒ
６）は共に０となり、加速度（Ｇ）の影響は受けない。
【００３５】 同様に、Ｙ軸、またはＺ軸方向に加速度
（Ｇ）が作用する場合、加速度（Ｇ）が作用する方向に
配置された感温抵抗体Ｙ１、Ｙ２、または感温抵抗体Ｚ
１、Ｚ２の温度バランスが崩れ、それぞれの抵抗偏差
（Ｒ３−Ｒ４）、または（Ｒ５−Ｒ６）に対応した値と
符号から加速度（Ｇ）を検出できる。
（Ｇ）が作用する場合、加速度（Ｇ）が作用する方向に
配置された感温抵抗体Ｙ１、Ｙ２、または感温抵抗体Ｚ
１、Ｚ２の温度バランスが崩れ、それぞれの抵抗偏差
（Ｒ３−Ｒ４）、または（Ｒ５−Ｒ６）に対応した値と
符号から加速度（Ｇ）を検出できる。
【００３６】 図４にこの発明に係る多軸加速度センサの
加速度検出回路図を示す。（ａ）図は発熱抵抗体駆動回
路図、（ｂ）図はＸ軸方向の加速度検出回路図、（ｃ）
図はＹ軸方向の加速度検出回路図、（ｄ）図はＺ軸方向
の加速度検出回路図を示す。（ａ）図〜（ｄ）図は駆動
電源を電流源（ＩO）で構成した例を示すが、電圧源
（ＶO）で構成することもできる。
加速度検出回路図を示す。（ａ）図は発熱抵抗体駆動回
路図、（ｂ）図はＸ軸方向の加速度検出回路図、（ｃ）
図はＹ軸方向の加速度検出回路図、（ｄ）図はＺ軸方向
の加速度検出回路図を示す。（ａ）図〜（ｄ）図は駆動
電源を電流源（ＩO）で構成した例を示すが、電圧源
（ＶO）で構成することもできる。
【００３７】 （ａ）図に示す発熱抵抗体駆動回路は、発
熱抵抗体Ｈの抵抗Ｒに電流源（ＩO）を供給して（ＩO 2
＊Ｒ）の電力に対応したジュール熱を発生する。
熱抵抗体Ｈの抵抗Ｒに電流源（ＩO）を供給して（ＩO 2
＊Ｒ）の電力に対応したジュール熱を発生する。
【００３８】 （ｂ）図に示すＸ軸方向の加速度検出回路
は、感温抵抗体Ｘ１（抵抗Ｒ１）、感温抵抗体Ｘ２（抵
抗Ｒ２）、標準抵抗Ｒｏ１、Ｒｏ２で抵抗ブリッジ回路
を構成し、差動増幅器ＡXを介してブリッジ出力電圧Ｖ
X1およびＶX2 に基づいた偏差ＶOX（ＶX1−ＶX2）を出
力し、Ｘ軸方向に作用する加速度（Ｇ）に対応した検出
出力を得るよう構成する。
は、感温抵抗体Ｘ１（抵抗Ｒ１）、感温抵抗体Ｘ２（抵
抗Ｒ２）、標準抵抗Ｒｏ１、Ｒｏ２で抵抗ブリッジ回路
を構成し、差動増幅器ＡXを介してブリッジ出力電圧Ｖ
X1およびＶX2 に基づいた偏差ＶOX（ＶX1−ＶX2）を出
力し、Ｘ軸方向に作用する加速度（Ｇ）に対応した検出
出力を得るよう構成する。
【００３９】 （ｂ）図、（ｃ）図も同様に、抵抗ブリッ
ジ回路を構成して差動増幅器ＡY、およびＡZを介し、そ
れぞれブリッジ出力電圧ＶY1およびＶY2 、ブリッジ出
力電圧ＶZ1およびＶZ2に基づいた偏差ＶOY（ＶY1−
ＶY2）、ＶOZ（ＶZ1−ＶZ2）を出力し、それぞれＹ軸方
向、またはＺ軸方向に作用する加速度（Ｇ）に対応した
検出出力を得るよう構成する。
ジ回路を構成して差動増幅器ＡY、およびＡZを介し、そ
れぞれブリッジ出力電圧ＶY1およびＶY2 、ブリッジ出
力電圧ＶZ1およびＶZ2に基づいた偏差ＶOY（ＶY1−
ＶY2）、ＶOZ（ＶZ1−ＶZ2）を出力し、それぞれＹ軸方
向、またはＺ軸方向に作用する加速度（Ｇ）に対応した
検出出力を得るよう構成する。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る多軸
加速度センサは、密閉空間を形成するケース、発熱抵抗
体および多軸方向に配置されたそれぞれ一対の感温抵抗
体を独立した複数の半導体基板上に半導体製造プロセス
を用いて形成し、複数の半導体基板のそれぞれを一方向
に貼り合わせてセンサを構成するので、複数の感温抵抗
体を互いに直交する多軸へ容易に軸合せすることができ
るとともに、特性の揃った感温抵抗体を形成することが
できるため、ばらつきが少なく高精度の小型センサが実
現できる。
加速度センサは、密閉空間を形成するケース、発熱抵抗
体および多軸方向に配置されたそれぞれ一対の感温抵抗
体を独立した複数の半導体基板上に半導体製造プロセス
を用いて形成し、複数の半導体基板のそれぞれを一方向
に貼り合わせてセンサを構成するので、複数の感温抵抗
体を互いに直交する多軸へ容易に軸合せすることができ
るとともに、特性の揃った感温抵抗体を形成することが
できるため、ばらつきが少なく高精度の小型センサが実
現できる。
【００４１】 また、この発明に係る多軸加速度センサ
は、密閉空間内に封入される気体に熱伝導性が低く、加
圧したガスを用いるので、温度勾配を大きくすることが
でき、高感度のセンサが実現できる。
は、密閉空間内に封入される気体に熱伝導性が低く、加
圧したガスを用いるので、温度勾配を大きくすることが
でき、高感度のセンサが実現できる。
【００４２】 よって、信頼性の高く、実用化に適した多
軸加速度センサを提供することができる。
軸加速度センサを提供することができる。
【図１】この発明に係る多軸加速度センサの要部構成図
【図２】この発明に係る多軸加速度センサの外観図
【図３】この発明に係る多軸加速度センサの動作説明図
【図４】この発明に係る多軸加速度センサの加速度検出
回路図
回路図
１…多軸加速度センサ、２，３，４，５…半導体基板、
２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａ…空間部、ａ〜ｎ…外部接続用
パッド、６…密閉空間、７…気体、Ｈ…発熱抵抗体、Ｘ
１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２…感温抵抗体、Ｒ…
発熱抵抗体抵抗、Ｒ１〜Ｒ６…感温抵抗体抵抗、ＲO1，
ＲO2…基準抵抗、ＡX，ＡY，ＡZ…差動増幅器、ＩO…電
流源、ＶO…電圧源、ＶX1，ＶX2，ＶY1，ＶY2，ＶZ1，
ＶZ2…ブリッジ出力電圧。
２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａ…空間部、ａ〜ｎ…外部接続用
パッド、６…密閉空間、７…気体、Ｈ…発熱抵抗体、Ｘ
１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２…感温抵抗体、Ｒ…
発熱抵抗体抵抗、Ｒ１〜Ｒ６…感温抵抗体抵抗、ＲO1，
ＲO2…基準抵抗、ＡX，ＡY，ＡZ…差動増幅器、ＩO…電
流源、ＶO…電圧源、ＶX1，ＶX2，ＶY1，ＶY2，ＶZ1，
ＶZ2…ブリッジ出力電圧。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−369481（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−369482（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−236967（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/02 - 15/18 G01P 9/00 G01C 19/00
Claims (2)
- 【請求項１】 加速度の作用に対応して密閉空間内に封
入された気体の温度分布の変化をそれぞれ一対の感温抵
抗体が検出するように構成された半導体プロセスにより
製造される多軸加速度センサにおいて、 一方の面が開口した空間部を有する第１半導体基板と、 両方の面が開口した空間部およびその中央に配置された
第１感温抵抗体を有する第２半導体基板と、 両方の面が開口した空間部およびその中央に配置された
発熱抵抗体とこれに対向しかつ互いに直交して配置され
たそれぞれ一対の第２、第３感温抵抗体とを有する第３
半導体基板と、 一方の面が開口した空間部およびその中央に配置され前
記第１感温抵抗体と対を成す第４感温抵抗体とを有する
第４半導体基板とがあって、 これら第１から第４の半導体基板は互いに積層方向に貼
り合わせられるものであって、前記各空間部の開口面は
貼り合わせによって隣り合う半導体基板の各空間部の開
口面と一致するように構成されていることを特徴とする
多軸加速度センサ。 - 【請求項２】 前記複数の半導体基板の上部表面には、
貼り合わせによって隣り合う半導体基板のための位置決
め用凹部が設けられていることを特徴とする請求項１記
載の多軸加速度センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05412194A JP3332283B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 多軸加速度センサ |
| EP95300345A EP0664456B1 (en) | 1994-01-20 | 1995-01-20 | Acceleration sensor |
| US08/376,155 US5719333A (en) | 1994-01-20 | 1995-01-20 | Acceleration sensor |
| DE69510569T DE69510569T2 (de) | 1994-01-20 | 1995-01-20 | Beschleunigungsmessaufnehmer |
| US09/020,999 US5945601A (en) | 1994-01-20 | 1998-02-09 | Acceleration sensor with temperature resistor elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05412194A JP3332283B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 多軸加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260820A JPH07260820A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3332283B2 true JP3332283B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=12961776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05412194A Expired - Fee Related JP3332283B2 (ja) | 1994-01-20 | 1994-03-24 | 多軸加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3332283B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6795752B1 (en) * | 2000-11-03 | 2004-09-21 | Memsic, Inc. | Thermal convection accelerometer with closed-loop heater control |
| EP1792191A4 (en) | 2004-08-06 | 2010-07-14 | Hankuk Sensys Co Ltd | A METHOD AND SYSTEM FOR MEASURING ACCELERATION AND / OR INCLINATION USING THERMAL CONVECTION OF A FLUID |
| JP5767076B2 (ja) * | 2011-10-17 | 2015-08-19 | 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター | 熱型加速度センサー |
| JP5870374B2 (ja) * | 2011-11-04 | 2016-03-01 | 学校法人立命館 | 熱感知型加速度センサ |
| US9322837B2 (en) | 2012-09-12 | 2016-04-26 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
| KR101743668B1 (ko) * | 2016-11-14 | 2017-06-07 | 한국생산기술연구원 | 열대류형 가속도 센서 및 이의 제조방법 |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP05412194A patent/JP3332283B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07260820A (ja) | 1995-10-13 |
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